1、毕业设计开题报告 测控技术与仪器 湿度感应自动升降防雨帘 一、选题的背景、意义 21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高技术已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化在这种形势下应运而生 1。智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活有关的各种子程序，有机的 结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具
2、有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的生活空间，还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，帮助家庭与外部保持信息交流通常，优化人们的生活方式，甚至为各种能源支出节约资金 2。 智能家居系统是以计算机技术和网络技术为基础，利用数字化技术，将个人电脑与传统家电结合起来，以高性能的电脑为中心，将诸如数字电视、数码相机、手机、MP3播放器、家庭影院等各种家电，数字化电表、水表、天燃气表等数据单元，以及安防系统连接 起来，实现互联互通和数据交换，实现家电设备网络化以及远程操作等。使人足不出户就可以方便快捷地获取信息，远在千里之外就能及时掌握家中的情况，从而极大地提高人类居住的娱乐性，舒适性
3、和便捷性 3。智能家居系统一般由用户操作终端、网络业务平台、网关及家居终端设备构成 4。家居终端设备是智能家居的核心，通过它实现系统信息的采集、信息输入、逻辑处理、信息输出、联动控制等家居生活智能化功能。 本设计湿度感应自动升降防雨帘是智能家居终端设备的一部分。在设计本系统时，面对各种检测对象和大量控制单元，需要利用各种接口标准和 MCU进行连接，再经过 MCU进行数据处理，实现实时控制。而此时采用单片机来实现智能家居控制系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高各模块和芯片的协调性，从而大大提高系统的可利用性。此次系统设计正是把利用 AT89C51单片机的有点，顺利的完成
4、了本设计的要求。并且实现了学习型定时和自动控制功能，为控制家居设备提供了良好的基础。 二、相关研究的最新成果及动态 从 2000年的首届峰会到第十一届中国国际建筑智能化峰会，虽然中国房产智能化道路几经周折，但是这一进程却不可阻挡地前进着。科技的发展使人 们坚定不移地追求更高品质的生活，智能家居作为高品质信息生活的代表得到越来越多的瞩目。从刚闭幕的中国国际建筑智能化峰会上来看，智能家居有以下几点发展趋势 5。 1.节能与智能将引领家居消费新趋势 2009 年绿色的家居消费观念引领人们进入健康的家居消费时代，而 2010 年人们的消费趋势将更加注重节能与智能两方面。消费者在除了选用传统的节能卫具、
5、灯具来节能的同时，也没有忽视对 “ 智能 ” 生活的要求。智能化的家装设计可以更好地实现人们对人性化家居的需求，而通过智能家居的应用不但可以实现智能化，同样也可以起到节能的效果。 未来随着经济的发展，人们对生活质量追求的提高，智能家居也将逐渐引领装修时尚潮流，成为新的消费趋势。 2.物联网推进无线智能家居产业化进程 物联网的概念于 1999 年正式提出，英文名称为 “The Internet of things“。其意为 “物物相连的互联网 “，所应用的信息传感设备包括射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置。物联网将广泛用于智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、智能家居、老
6、人护理、个人健康等多个领域。其中智能家居的应用发展将以最快的速度拓展开来，现在国内有部分城市都在加紧建 设物联网项目，而某些通讯运营商也将逐步推出相应的智能家居服务，物联网的建设将大大推进智能家居产业化的进程。 3.3G 平台推智能家居快速发展 在 3G 和物联网的推动下，智能家居的发展将迎来了一个全新的变革。 3G 平台为智能家居的应用提供了良好的基础，视频通话、家庭远程监控、手机网络控制，以及通过 3G 技术发展的各种智能家电的控制等等都得到了消费者的喜爱。另外，在 3G 的产业链上，包括电信运营商、网络设备提供商、终端提供商、终端软件提供商等等，每个环节都蕴藏着巨大商机。 3G 平台推进
7、了智能家居行业的快速发展，而在 2010 年这也将是我们关注的一个重点。 4.智能家居体验规模大升级 日前全球最大的海尔 U-home 智能家居体验馆 6在宁波 “ 能士智能港 ” 盛装亮相，其展示面积近 1000 平米，分为智能高清家庭影院、智能家居、智能社区、智能酒店等四大板块进行展示体验。其中与智能家居解决方案配套的成套网络家电以远程操控、智能控制等数字技术改变了人们对传统家电的认知，代表了物联网时代的家电发展方向。这种 “ 豪装 ” 智能体验馆比起之前的 “ 档口 ” 型体验店，可以算是全方位的大规模体验升级了，而有很多智能家居企业也都在纷纷投入这种大型体验馆的建设，未 来消费者可以更
8、加全面轻松体验智能生活带来的舒适享受了。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 使用单片机为核心的湿度感应自动升降防雨帘，能够根据外界环境的变化，或是用户通过开关，红外遥控器的控制，通过单片机的控制，实现电机的正转反转，从而实现窗帘的升降。 其工作原理是：通过湿度传感器检测雨水及湿度变化信息，通过控制系统控制电动机的启动，以驱动轴卷装置带动防雨帘在卷帘滑道中自动升降，从而可保证下雨天在无人关闭窗户的情况下，将窗户完全遮蔽，达到防止雨水淋入房间的目的。 装置主 要由湿度感应器、控制系统、驱动电动机、减速器、轴卷升降机构、防雨帘及升降滑道等组成。这里的湿度感应
9、器用于探测雨量或环境的湿度；控制系统根据湿度感应器的信息来控制电动机的启动；电动机输出速度通过减速器减速后，驱动轴卷升降机构带动防雨帘沿升降滑道上升或下降，从而将整个窗户完全遮闭。该装置可独立装设在单一的窗户外，也可将湿度传感器和控制系统集成为个模块，集中控制数个窗户防雨帘的自动升降。 自动窗帘主要有以下几大功能： （ 1）手动控制：该功能使窗帘具有手动正传、反转的功能。窗帘的下端有一个开关，通过开关来控制窗帘 的打开和闭合。 （ 2）半自动控制：通过遥控器实现对窗帘的控制。利用红外遥控器发出的正转、反转和停止信号，与窗帘相连接的控制电路接收到红外控制信号后，根据遥控命令来控制电机的运行状态，
10、从而达到远距离控制窗帘的打开、闭合和停止。 （ 3）湿度感应控制：根据外界环境的变化，窗帘能够自动完成开启或关闭的操作控制。 窗帘的正转、反转和停止功能通过单片机通过电机驱动器来控制直流电机的运转来实现的。半自动控制通过接收电路获取红外遥控器发射的信号，再将信号传递给单片机。湿度感应的控制通过湿度传感器来控制单片机继而控制电机的正 转反转。 四、硬件设计 系统总体结构框图如图 1 所示，自动窗帘的控制系统主要由数据采集模块、红外遥控模块、控制器、电机驱动器等组成。 数据采集模块主要是对下雨信号的采集，红外遥控模块是对红外遥控器信号的接收，开关是手动控制，将这三个信号接入单片机，通过单片机的控制
11、，实现电机的正转反转，从而实现窗帘的升降。 图 1 自动窗帘结构框架 电机驱动器 开关电源 下雨传感器 单片机 红外遥控模块 开关 窗帘位置检测 4.1 控制器 系统采用 ATMEL 公司生产的 AT89C52 单片机，它是一种低电压、 高性能 CMOS 8位单片机，片内含有 8KB 的可反复写的只读程序存储器和 256KB 的随机存取数据存储器（ RAM），期间采用 ATMEL 公司高密度、非易失性存储器技术制造兼容 MCS-51 产品指令系统。偏上 Flssh 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有 8 位 CPU 和 Flash 存储单元，使得 AT89C52 在
12、众多领域内有较灵活的应用 7。 4.2 电机驱动器 针对防雨帘实际的重量以及其简洁的外观，要求直流电机的驱动器既有较小的体积，又能提供较大的电流、电压输出。采用达林顿三极管大致 H 桥实现 PWM,脉宽调制控制，由于分立器件各个元件的特性并不相同限制，调速性能并不太好，而且电路不能达到很高的稳定性。相比而言，采用美国国家半导体公司 (NS)退出的专用于运动控制的 H 桥组件 LMD18200 具有很大的好处 8。 LMD18200（原理框图如图 2 所示）是美国国家半导体公司（ NS）生产的、用于电机驱动的功率集成芯片。其内部集成了四个 DMOS 管，组成一个标准的 H 型驱动桥，具备完善的逻
13、辑控制电路和芯片保护电路，工作电压 55V，峰值电流 6A，额定电流 3A；功率晶体管导通电阻为 0.3n ； TTL 和 CMOS 兼容 的控制信号输入；内含防桥臂单侧直通电路；芯片过热报警输出和自动关断。 图 2： LMD18200 原理框图 LMD18200 可采用两种不同类型的 PWM 信号： PWM 信号中既包含方向信息又包含幅值信息， 50%占空比的 PWM信号代表零电压。使用时，该信号应加于方向输入端（ DIR），同时将 PWM 信号输入端置逻辑高电平。 分别由方向信号与幅值信号组成。幅值由 PWM信号的占空比决定，零脉冲代表零电压。在实际使用 时， DIR 接 PWM 信号，
14、PWM 逻辑高电平 BPEAK 接逻辑低电平 9。其逻辑真值表如表 1 所示。 表 1 LMD18200 逻辑真值表 PWM 转向 刹车 实际输出驱动电流 电机工作状态 1 1 0 流出 1、流入 2 正转 1 0 0 流入 1、流出 2 反转 0 X 0 流出 1、流出 2 停止 1 1 1 流出 1、流出 2 停止 1 0 1 流入 1、流入 2 停止 0 X 1 NONE 4.3 数据采集模块 数据采集模块主要是对雨水信号的采集，因而需要用到湿度传感器。湿度传感器是基于其功能材料能发生与湿 度有关的物理效应或化学反应的基础上制造的。湿度的测量方法有很多种，常用的有绝对湿度、比湿、混合比、
15、相对湿度和露点等。日常生活中所指的湿度常为相对湿度，用 %rh(Relative hu)表示，即气体中的水蒸气压与其气体的饱和水蒸气压的百分比，它的值显示水蒸气的饱和度有多高。湿度传感器种类繁多，按照作原理的不同进行分类 10，一般有 : （ 1） 伸缩式：这是使用历史较久的传感器，如最早出现的毛发湿度计。主要是根据测定材料的在不同湿度时伸缩不同进行湿度测量，材料选用毛发、尼龙丝等。由于材料的伸缩具有迟滞现象，且测 量精度不高，因此，该种传感器仅在常温和常湿的环境下具有实用价值。 （ 2） 蒸发式：也称为干湿球湿度计，利用水分蒸发时必须向外界吸收热能这一效应研制而成。方法是采用两个相同的温度传
16、感器分别放于被测湿度场和饱和湿度场中，当空气中的相对湿度发生变化时，两个温度传感器就会出现差值，从而测定空气中的相对湿度。该种传感器可以达到较高的精度，由于体积比较大，且没有误差补偿，功率消耗较大，使得该类传感器在流动性大及微型化领域不能满足要求 7，一般用作其他类型湿度传感器的调校标准。 （ 3） 露点式：当一固体冷却至足以使周围 水蒸气凝固时，固体上面开始结露。测出此物体表面的温度，即露点温度。获得此量后，再加上温度和气压，就可以换算为任何需要的湿度表示。 （ 4） 电子式：利用材料的电特性与空气中湿度变化呈现一定的关系确定气体湿度。这类湿度传感器特别适用于自动控制领域。 (5) 光电式：
17、近年来 , 随着光纤技术和光集成技术的发展 ,光学湿度传感器受到极大关注并被广泛应用。该类传感器主要是利用光学材料在空气相对湿度发生变化后 ,材料媒介层理化性质会发生变化 ,从而引起波长、波导及反射系数等光学参数发生变化来进行湿度测量。 (6) 其它：除了 上述的湿度传感器外 ,还有声表面波湿度传感器、微波式、二极管式、吸收式、红外线式等 ,这些湿度传感器都是利用空气中的湿度变化对传感器材料的特性如振荡频率、传播速度、重量产生影响来进行湿度检测。 本设计采用南京千里通信息技术有限公司生产的下雨传感器。它是一种表面接触性水汽传感器 11、 12，根据雨水具有一定的导电性，当传感器表面接触到水之后
18、，雨水两端产生一定的电压。 4.4 红外遥控模块 红外遥控模块由发射和接收两大部分组成。发射部分即遥控器；接收部分为红外接收头和解码 MCU。 遥控器芯片，我们选用 HT6221 作为红外编码芯片，该芯片集载波振荡、编码、发射于一体，具有很强的抗干扰能力，外围电路简单。当遥控器的某个按键按下时，其内部的信号发射器产生遥控编码脉冲。这些指令信号由调制电路调制成 38kHz 的信号，经调制后输出，最后由驱动电路驱动红外发射器件。 图 3 红外遥控接收电路图 红外接收电路采用一体化红外接收头 SM0038,如图 3 所示。它的工作频率为38kHz，内部高度集成了红外接收输入电路、传输阻抗放大器、自动
19、增益控制（ AGC）电路、带通滤波器、比较器以及施密特触发器等。他将接收到的红外光信号转换为电压信号 ，经 AGC 放大、干扰一直、带通滤波器选频（其中心频率为 38kHz），改善信噪比，在比较器中进一步提高抗干扰性，再经过积分器、施密特触发器，最后在脚 3 输出遥控编码脉冲，送至单片机编码电路。 红外接收电路由一体化红外接收头 HS0038 接收红外信号，经内部处理并解调复原。如图 4 所示，输入脉冲串时，输出端输出低电平，否则输出高电平。 图 4 HS0038 特性曲线图 对红外信号的解码由单片机来完成，它把接收头送来的二进制编码波形通过解码，还原出发送端发送的数据。 五、研究工作详细进度
20、和安排 1 月 10 日前：完成文献综述、外文翻译与开题报告； 1 月 11 日 4 月 30 日：完成毕业设计任务书内容； 5 月 1 日 5 月 15 日：整理毕业论文资料，完成毕业论文的初稿； 5 月 16 日 5 月 20 日：毕业论文的修改和完善； 5 月 21 日 5 月 25 日：毕业论文答辩准备工作 ； 5 月 26 日 06 月 5 日：毕业论文答辩。 六、参考文献 1 沈迪，徐秀芬 智能化家居生活中的网关、控制器及付款方式 J.平原大学学报 2003 年第四期 2 高小平 中国智能家居的现状及发展趋势 J.低压电器 2005，（ 4） ： 18-21 3 徐顺山，丁鑫，殷芸
21、 .浅谈基于公众数据网络的智能家居系统 J.邮电设计技术 . 2009，(03):46-49 4 别雷，刘正东，刘金根 .基于 ZigBee 的无线智能家庭网关控制技术研究 J.单片机与嵌入式系统， 2010 （ 6）： 63-65. 5 东云 3大趋势促进智能家居发展 N.北方新报 2010-11-4（ 35） 6 李梦 海尔 U-home智能家居闪耀 2010北京安博会 J.建筑 2010年第 22期 8 王磊，艾晓庸，朱齐丹 .基于 LMD18200组件的直流电机驱动器的设计口 .自动化与仪表， 2004，19(1):26-27 9 郑静，渠慎丰小功率伺服无刷直流电机驱动器设计 J电子测量技术， 2006， 29（ 3）：130-132 10 喻晓莉，杨健，倪彦 .湿度传感器的选用及发展趋势 J.自动化技术与应用 .2009年 02期 11 徐成，曾祺，魏峰无线传感网络中通用传感器节点硬件结构设计 J计算机工程与应用，2007， 43(8)： 103-105 12 陈杰中，王沙宁 基于 AT89S52单片机设计的雨量率定仪 J水利水文自动化， 2010（ 1）：54-57
